Propiedades de gases y vapores peligrosos

Los gases y vapores inflamables y tóxicos pueden producirse en muchos sitios. Para tratar con el riesgo tóxico y el peligroso de explosión, sirven los sistemas de detección de gases.

Que es materia gaseosa?

A un estado de la materia con una temperatura superior a su punto de ebullición se le denomina gas. En relación con el entorno de las personas (condiciones normales) cualquier sustancia que tiene un punto de ebullición inferior a 20°C a presión normal es un gas.
El gas de menor peso es el Hidrogeno (H2, 14 veces más ligero que el aire), el gas más pesado es el hexafluoruro de tungsteno (WF6, aprox. Diez veces más pesado que el aire).

En condiciones normales 1 cm3 de gas contiene 30.10^18 moléculas, la distancia media entre ellas es solamente de tres nanómetros. Revolotean por el espacio de 100 a 1000 metros por segundo, chocan un billón de veces por segundo con otras moléculas, de tal manera que entre dos colisiones solo pueden desplazarse aprox. 50 a 100 nanómetros. Y con cada colisión cambian su dirección de movimiento y transfieren energía a su compañero de colisión.

Esto es un movimiento completamente aleatorio de moléculas, que es macroscópicamente medible como la temperatura del gas (energía cinética media de todas las moléculas) y la presión de gas (velocidad media de todas las moléculas golpeando una superficie) o extensión (volumen). Por consiguiente presión, temperatura y volumen están matemáticamente en una relación fija, que en caso ideal sigue la llamada ley de los gases ideales:

  • a una presión constante, el volumen de gas cambia proporcionalmente a su temperatura- por ejemplo expande al ser calentado
  • a un volumen constante de gas (gas en un recipiente cerrado) la presión del gas cambia proporcionalmente a su temperatura- por ejemplo la presión interna de un recipiente cerrado aumente cuando se calienta
  • a temperatura constante la presión de gas cambia proporcionalmente a su volumen – por ejemplo la presión aumenta cuando se comprime el gas

También, el movimiento aleatorio extremadamente rápido de las moléculas de gas es la razón de que los gases se mezclan fácilmente y nunca se separan uno del otro. El movimiento de las moléculas en dirección de baja concentración (llamada difusión) está basado en estas características moleculares y juega un papel esencial en los principios de medición de los sensores de gas. Comúnmente los procesos de difusión son más rápidos, cuanto más rápido se mueven las moléculas (más calientes es el gas) y más bajo es el peso molar (más ligero es el gas).

¿Vapores? ¿Por qué no gases?

En oposición a los gases – pueden existir solo aprox. De 200 a 300- el término apropiado  para el estado gaseoso de la materia por debajo de su punto de ebullición es vapor. En general el vapor existe en un equilibrio con su fase liquida (o algunas veces incluso sólida) y condesa o evapora dependiendo de su temperatura. Este comportamiento se conoce muy bien en el agua: un enfriamiento del aire húmedo durante la noche causa niebla (condensación), mientras que el calor del sol de la mañana disuelve nuevamente la niebla (evaporación).

En un recipiente cerrado, la concentración máxima posible de vapor se forma encima de la superficie de un líquido.  Esta concentración de vapor depende de la temperatura del líquido. En una vista microscópica, el vapor es generado por el movimiento aleatorio de las moléculas del líquido y su capacidad de sobreponerse a la tensión de superficie y mezclarse con las moléculas de aire de encima.

Cada líquido tiene una cierta presión de vapor característica que solo depende de la temperatura del líquido, y esta presión es igual a la presión atmosférica cuando su temperatura alcanza el punto de ebullición. El gráfico de esta correlación se conoce como la curva de presión de vapor, que hace posible determinar la concentración máxima posible de vapor a una determinada temperatura.

Dividiendo la presión de vapor máxima posible por la presión ambiente da como resultado la llamada concentración de saturación en Vol% por ejemplo, parea n-hexano a 20°C (presión de vapor 162 mbar)a una presión ambiente de 1000 mbar la concentración máxima posible de n-hexano es 16.2 Vol%

Nuestra Atmósfera

Disminuyendo su peso específico continuamente, nuestra atmósfera se extiende hasta lo más profundo del espacio. El color azul del cielo es causado por la dispersión de la luz solar en las moléculas de aire (principalmente nitrógeno y oxigeno, pero a una altura de 21 km el cielo es negro.
Comprimiendo toda la atmósfera a una presión constante de aproximadamente 1 bar, su altura seria de 8 km y la capa de ozono estratosférica que absorbe los rayos ultravioletas tendría solamente un grosor de 3 mm.

Composición habitual de la atmósfera terrestre en ppm:

La masa de la atmósfera de la tierra consiste en más de 5,000 trillones de toneladas (5.235.10^18 kg) presionando sobre la superficie de la tierra de 500 trillones de metros cuadrados (0.507.10^15 m2). Esta es la razón por lo que tenemos una presión atmosférica de 10,325 kg/m2, o, más familiarmente: 1,013 mbar. Con un aumento de altura la presión atmosférica disminuye.

Puesto que hay menos moléculas en un determinado volumen a menos presión atmosférica, la señal de detectores de gas de presión parcial siempre depende de la presión atmosférica.